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      鋰電池的充電速度的限制因素

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      鋰電池的充電速度的限制因素

      發布日期:2019-01-02 作者:xjl 點擊:

      鋰電池的充電速度的限制因素新能源汽車產業的發展也刺激動力電池的市場需求,那么限制動力電池的充電速度的因素有哪些,除了電池本身的瓶頸外還有哪些因素呢?下面是小編帶來關于動力電池的內容,希望能讓大家有所收獲!


        以當下主流的鋰電池為例,雖然種類五花八門,但是大體的構造無外乎包括正極材料、負極材料、隔膜、電解液等,充電的過程,基本上就是鋰離子從負極脫出,穿過隔膜和電解質,擴散到達正極的過程——擴散速度自然就成了充電速度的關鍵。


        在討論充電速度的時候,電池本身的承受能力絕對是最無法繞過的一個因素。無論外圍的充電設備有多牛、功率有多大、充電能力有多強,如果電池本身在能夠接受的充電能力方面有短板,那么充電速度肯定就快不起來。加上電池容量又比較大的話,自然充電時間就長了。


        如果學過電化學方面的知識的話,就會了解電池充放電的過程,本質就是電池內部通過一系列的氧化還原反應,來實現電子在正極和負極之間定向轉移。以當下主流的鋰電池為例,雖然種類五花八門,但是大體的構造無外乎包括正極材料、負極材料、隔膜、電解液等,充電的過程,基本上就是鋰離子從負極脫出,穿過隔膜和電解質,擴散到達正極的過程——擴散速度自然就成了充電速度的關鍵。


        理論上,的確可以通過加大電流來提升充電速度。但是電流太大的話,電池內部鋰離子的擴散速度跟不上電子擴散速度,就會導致電子-離子運脫節,影響電池性能,能夠達到的充電容量也相應減少,電池的壽命就更是慘不忍睹了,甚至會有起火爆炸的危險。


        所以一般來說,在不趕時間的情況下我們建議盡量用慢充,有利于延長電池的壽命。


        而鋰離子的擴散速度,和溫度、正極的材料和結構密切相關。


        首先是溫度,一般來說溫度越高自然是擴散速度越快,但是溫度過高的話也會導致電池壽命降低、充電安全性下降等問題。


        溫度過低的話同樣不行,氣溫過低的情況下,電池中的金屬鋰會發生沉積,從而造成電池內部短路,尤其是磷酸鐵鋰電池。


        一般0℃時磷酸鐵鋰電池的容量大概只剩下60~70%左右,到了-20℃時就只剩下可憐的20~40%了。所以在氣候寒冷的北方冬季,電動車必須要有給電池模組加熱的功能,由此耗電自然也更快。


        其次是材料,不同的材料擴散能力差距非常大,像鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、NCM、NCA等都是性能很不錯的正極材料,而后兩者也是當下性能最好、應用普及度比較高的兩種材料了。這也是如今的鋰電池以正極材料命名的一個重要原因。


        在電池行業的領域,通常會用充放電倍率來描述充電速度和電流大小的關系,譬如1小時充滿電池時的速率稱為1C,只需30分鐘的速率則稱之為2C,如此類推,超過1C就可以稱為快充。


        如今鋰離子電池的充電速率普遍可以做到1C-3C,最高大概可以去到5C,但是相比起動輒10C的放電速率自然還是要差很遠。


        除了最大充電速率有瓶頸之外,不同SOC(StateofCharge,即荷電狀態,也就是剩余電量)下電池能夠承受的充電速率也是有差別的。


        一般來說,電池在充電過程的特性大致和上面這張圖類似,充電的速率會遵循慢——快——慢這樣的節奏。一般當SOC達到90%以上的時候,電池的內阻就會明顯上升,使得充電速率放慢。


        如果你有留意當下在售的大部分電動車,都會發現它們會宣傳自己在特定的快充狀態下,能夠在一個相對比較短的時間——例如1小時乃至30分鐘的時間里,充滿一個大比例的電量,一般在80%-90%左右,就是這個意思。


        所以如果你是一個電動車用戶,想要盡可能節約充電耗時的話,盡量不要動輒把電量用到10%以下,充電的時候也不一定非要充滿,達到90%以上,或者能夠滿足你下一次出行需要的里程數就足夠了。


        充電設備的充電速度受什么限制?


        除了電池本身的瓶頸之外,外圍的充電設備也有自身的限制。簡單來講,充電樁輸出功率越大,充電時間越短。但是充電樁也不是可以無限提高充電功率的。先來說下電動汽車的充電大體是一個什么樣的過程。


        一說到汽車充電,大家首先想到的自然就是充電樁。簡單來講,充電樁輸出功率越大、電池容量越小,充電時間自然越短。這就和要把一個水池放滿水,放水管越大、水池越小自然耗時越短是一個道理。


        不過作為電動車用戶,當然希望自己的電池容量也足夠大,所以提升充電樁功率自然是更應該做的。車用的充電樁一般分為交流充電樁、直流充電樁兩種。我們分開兩種情況來講。


        先講普適性比較強的交流充電樁。它多采用和家用電壓大小一樣的220V交流充電,一般電流只有16A或者32A,充電速度相對比較慢,在電池容量20kwh左右的情況下,要大概6-8個小時才能夠充滿電。


      相關標簽:儲能電池

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